图3.6无匀速阶段的位置控制
3) 给定的电机步数S ∑< 2Sa : 则不等到电机加速完毕即转入减速。如图7 所示。所以带加/ 减速的位置控制,首先要算出加/ 减速阶段电机将走过的步数Sa 。
算出Sa 后,判断出三种情况:
(1) S ∑> 2 Sa (图6) :要找到电机走到b 点的步数S2 ,把S2 置入步计数器。电机经过加速、匀速,走完S2步时由步计数器通知CPU 开始减速。
(2) S ∑≤2 Sa (图7) :把1/ 2 S ∑置入计数器,在加减速控制过程中( T0 定时中断服务程序中) ,同时检测该计数器的状态,一旦发现计数到0 ,不等加速台阶走完立即结束加速进入减速,并将1/ 2 S ∑再次置入计数器。
3.3.3 轨迹再现控制
对于连续轨迹示教机器人,执行机构的轨迹再现控制是关键技术之一。首先要找出轨迹再现的数学模型,其次才能考虑如何实现。轨迹再现的数学模型及控制原理如图6 所示,其中S 以脉冲数计。设△t 为示教过程中任一采样周期,其空间位移增量为△S。再现这一小段空间轨迹,意味着要求电机在△t 时间里走过△S 步,也就是在此时间内要发给步进电机的指令脉冲频率为:
fm =Δs/Δt=fc/ki或ki =(fc/Δs)2Δt
根据HJ 采用的硬件, △t 本身也是基准频率用Kt 分频得到的,即 Δt =ki/fc 由此可知, 此时间段内要写入电机控制通道的分频系数为:ki =kt/Δs
这就是HJ中轨迹再现的步进电机控制数学模型,式中△S 是第i + 1 点跟第i 点的位移差分。若△S <0 ,则电机反转。若△S = 0 ,则意味着该段时间内电机不转动,控制停发步进脉冲。可以看出,在所采用的硬件条件下,轨迹控制的数学模型非常简洁。即使在8 位机条件下也完全可实现实时运算、实时控制。运算所需时间不超过2ms。远比采样周期短!
图3.7示教采样时的轨迹曲线 4.轴承使用的关键问题及解决方案
4.1腰部、腕部、大臂旋转处滑动轴承的选择 4.1.1.各类轴承的特点是选择轴承的基础
轴承在工作中所受载荷的大小、方向和性质是选择轴承的主要依据。 A. 根据载荷的大小选择轴承 1）载荷冲击大的选用滚子轴承 2）较轻或中等载荷时，选用球轴承 B. 根据载荷方向
1）纯轴向载荷，较小载荷时，选推力球轴承 较大载荷时，选推力滚予轴承
2）纯径向载荷，较大载荷时选向心滚子轴承
一般载荷时，选向心球轴承
3）同时承受径向和轴向载荷，选角接触球轴承，以径向主时，选用圆锥滚于轴承，且一般成对使用。
轴向载荷很大时，选组合轴承 C. 根据载荷性质 冲击振动载荷，宜选用滚子轴承 强烈径向冲击载荷，选螺旋滚子轴承 D. 根据轴的转速 ①高速时应优先选用球轴承 直径系列：宜选超轻、特轻、轻系列 ②速度较低时，应选用滚子轴承 低速重载，宜选重、特重系列 ③推力轴承只适用于低速 高速时，采用向心推力轴承 ④每种型号的轴承都规定了极限转速 它受温升限制 适当加大轴承径向间隙 采取冷却措施
E. 调心性能要求
跨度大，刚度小的轴的支承；同心度差的轴承 F. 安装拆卸要求
轴承座非剖分；或在长大轴上，采用1:12的圆锥孔内圈轴承 G. 经济性要求 球轴承比滚子轴承价格低 取决精度等级 H. 外型尺寸 4.1.2轴承游隙的选择
滚动轴承的径向游隙系指一个套圈固定不动，而另一个套圈在垂直于轴承轴线方向，由一个极端位置移动到另一个极端位置的移动量。轴承游隙的选择正确与否，对机械运转精度、轴承寿命、摩擦阻力、温升、振动与噪声等都有很大的影响。如对向心轴承游隙的选择过小时，则会使承受负荷的滚动体个数增多，接触应力减小，运转较平稳，但是，摩擦阻力会增大，温升也会提高。反之，则接触应力增大，振动大，而摩擦阻力减小，温升低。因此，根据轴承使用条件，选择最合适的游隙值，具有十分重要的意义。选事实上轴承游隙时，必须充分考虑下列几种主要因素：
（1）轴承与轴和外壳孔配合的松紧会导致轴承游隙值的变化。一般轴承安装后会使游隙值缩小；
（2）轴承在机构运转过程中，由于轴与外壳的散热条件的不同，使内圈和外圈之间产生温度差，从而会导致游隙值的缩小；
（3）由于轴与外壳材料因膨胀系数不同，会导致游隙值的缩小或增大。 4.1.3滑动轴承的选择
滑动轴承材料包括轴颈材料和轴瓦材料，轴颈材料通常就是轴的材料，比较简单，绝大多数都是采用钢。用作滑动轴承轴瓦的材料品种繁多，有金属材料、粉末冶金材料和非金属材料。动、静压轴承，不完全油膜轴承一般都采用金属材料，干摩擦轴承常用非金属材料，水润滑轴承常用橡胶。用作轴瓦的金属材料有铸铁和锡基、铅基及铝基轴承合金。
1.1对滑动轴承轴瓦材料的要求 1）摩擦相容性
摩擦时轴瓦材料和轴颈材料不发生粘附的性能。影响摩擦副相容性的材料因素是： 2
et 匹配材料在冶金上构成合金的难易程度
2 与润滑剂的亲和能力 2 无润滑时的摩擦因数 2 微观组织 2 热导率
2 表面能和氧化膜的特性 2）顺应性
轴瓦材料靠表层的弹塑性变形来补偿滑动表面初始配合不良的性能。材料弹性模量低，则顺应性好。
3）嵌入性
轴瓦材料容许硬质颗粒嵌入而减轻刮伤或磨粒磨损的性能。对金属材料而言，硬度和弹性模量低者嵌入性就好。非金属材料却不一定好。
4）耐磨性
轴瓦材料抵抗磨损的能力。在规定的摩擦条件下，耐磨性可以用磨损率或磨损度的倒数来表示。
5）抗疲劳性
轴瓦材料在动载荷作用下抗疲劳破坏的性能。在使用温度下，材料的强度、冲击强度、硬度和组织的均匀性对抗疲劳性是十分重要的。磨合性、嵌入性好的材料，通常抗疲劳性低。
6）耐蚀性
轴瓦和轴颈材料抵抗介质腐蚀的性能。润滑油氧化产生的酸性物质、挤压添加剂等，都会腐蚀轴承材料，所以即使不在腐蚀环境中工作，也需要重视轴承材料的耐蚀性。